Thiết kế lò cảm ứng điện từ

Trong những năm gần đây kĩ thuật điện tử và bán dẫn công suất lớn phát triển mạnh mẽ.

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đây kĩ thuật điện tử và bán dẫn công suất lớn phát triểnmạnh mẽ Các thiết bị điện tử công suất này có nhiều ưu điểm là có khả năng điềukhiển rộng, có chỉ tiêu kinh tế cao, kích thước và trọng lượng thấp, độ tin cậy vàchính xác cao Ứng dụng của chúng vào việc biến đổi và điều khiển điện áp vàdòng điện xoay chiều thành một chiều và ngược lại một chiều thành xoay chiềungày càng sâu rộng Do đó mà các thiết bị điện tử điều khiển có mặt trong hầu hếtcác lĩnh vực của cuộc sống

Do yêu cầu của thực tế sản xuất, hiện nay hầu hết các kĩ sư đều được học vềmôn điện tử công suất Sau khi ra trường, họ làm việc có liên quan đến lĩnh vựcđiện tử công suất là rất phổ biến Thật may mắn đề tài tốt nghiệp của em đã sửdụng rất nhiều kiến thức của môn này Đồ án tốt nghiệp gồm năm chương:

Chương 1 : Tìm hiểu công nghề lò cảm ứng điện từ

Chương 2 : Giới thiệu lò cảm ứng và một số loại lò khác

Chương 3 : Thiết kế tính toán mạch lực

Chương 4 : Khảo sát bảng mạch điều khiển lò trung tần nấu thép Chương 5: Thiết kế tủ điều khiển và giới thiệu bảng đấu dây

Trong quá làm đồ án chúng em vô cùng cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của thầygiáo Tạ Duy Hà đã giúp đỡ chúng em hoàn thành đồ án tốt nghiệp Vì quá trìnhhoàn thành đồ án tốt nghiệp không được dài nên chắc chắn còn rất nhiều thiếu sót

em rất mong được sự góp ý của các thầy cô giáo Em xin chân thành cảm ơn

từ lò thổi không khí không thể đáp ứng được nữa, mà phải nấu luyện trong các loạiđiện Vậy phương pháp luyện thép trong lò điện là một công nghệ mới hiện đại.

Để luyện thép và hợp kim trong lò điện người ta tận dụng điện năng biến thànhnhiệt năng dưới dạng hồ quang, cảm ứng điện từ, điện trở và dạng plasma Thường

sử dụng lò điện hồ quang xoay chiều hoặc lò điện hồ quang một chiều để sản xuấtthép cácbon chất lượng, thép hợp kim thấp, trung bình và cao với sản lượng lớn

Để luyện một số thép hợp kim chuyên dùng, hoặc các thép hợp kim cao ít cácbonngười ta sử dụng các loại lò điện cảm ứng cao tần, trung tần và tần số công nghiệp

Để nấu loại thép và hợp kim, tinh luyện kim loại và thép đạt chất lượng cao hơnnữa người ta sử dụng lò điện xỉ, lò điện cảm ứng chân không, lò hồ quang chânkhông, lò điện từ chân không sâu, lò plasma … Để nung nguyên liệu các loại vật

liệu, các dụng cụ, chi tiết máy người ta sử dụng lò điện trở nung trực tiếp hoặcgián tiếp.

1.2 Lịch sử phát triển của phương pháp lò điện cảm ứng không lõi sắt.

Đầu thế kỷ 20 đã có những đề nghị đầu tiên về hợp kim và luyện kim trong lòcảm ứng không lõi sắt bằng dòng điện tần số cao Nhà phát minh đèn điện A.NLô-đư-gin trong thời gian 1905 – 1907 đã đề nghị nhiều kết cấu dây nung cảm ứng

và năm 1908 đã đăng trong tạp chí “ Điện “ bài báo cáo về nguyên tắc làm việc vàcấu tạo lò cảm ứng không lõi sắt

Đồng thời trong thời kỳ này ở các nước đã có những bằng chứng về phát minh

lò điện tần số cao (Bằng chứng nhận của công ty Pháp Snoi đe- Cređô Bằngchứng nhận của Thụy Điển Ôsanđera, bằng chứng nhận của Anh Héc đen và nhiềunước khác.) Song lò không có lõi sắt trong thời kỳ đó vẫn chưa có ý nghĩa thực tế

vì hồi đó chưa có dòng điện tần số cao

Những thí nghiệm đầu tiên về nấu luyện bằng dòng điện tần số cao được thựchiện năm 1912 -1923 ở công ty cổ phần Loren nguồn cấp điện cho lò không có lõisắt là máy phát hồ quang tạo ra dòng điện tần số cao mà bản thân vòng dao động là

hệ thống cuộn cảm ứng Việc nấu luyện trong nồi lò đặt bên trong cuộn cảm ứngnằm trong vòng dao động Kẽm được chất trong nồi để luyện chỉ trong khoảng 20gam và mẻ luyện kéo dài 2 phút

Bắt đầu chiến tranh thế giới lần thứ nhất năm 1914 công việc thí nghiệm trên

bị đình chỉ và chỉ sau 2 năm nghĩa là năm 1916, người Mỹ Noóc- đúp đã đề nghịmột sơ đồ mới, theo sơ đồ này nhận được dòng điện cao tần người ta phóng tia lửađiện Trong thời kỳ chiến tranh lần thứ nhất, nung cảm ứng thực tế được dùngtrong công nghiệp điện chân không để nung các chi tiết đèn rađiô trong thời gianthoát khí

Sau khi kết thúc chiến tranh thế giới lần thứ nhất lò không lõi sắt bắt đầu đượcdùng rộng rãi hơn trong công nghiệp

Ở Mỹ việc sản xuất các lò theo sơ đồ Noóc- trúp bắt đầu chiếm vai trò chủyếu trong công ty Ajax Electrothemic corporation năm 1920

Ở Châu Âu độc lập với Noóc-trúp năm 1920 bắt đầu các thí nghiệm về việc tạo

ra lò tần số cao có thiết bị phóng tia lửa điện tự quay Ri-bơ

Sự phát triển của kỹ thuật rađio đã sinh ra máy phát dòng điện tần số cao khácnhau, máy phát hồ quang, máy phát tia lửa điện, máy phát có các đèn điện tử

Do đó đến đầu những năm 30, thế kỷ 20 giá thành năng lượng các dòng cao tần đãgiảm chỉ còn bằng 2 – 4 lần giá thành năng lượng dòng điện công nghiệp Đó làmột trong những sơ đồ tốt để sử dụng rỗng rãi trong công nghiệp lò tấn số cao vàtần số cao hơn.

Năm 1937 công suất của thiết bị lò tần số cao trên toàn thế giới đã tăng đến100.000 kW và dung tích của các lò này lần đầu tiên là vài Kg nay đã lên đến 12tấn ( Các nhà máy luyện thép Bofooc Thụy Điển năm 1951)

Nguồn cơ bản cho tần số cao để cung cấp cho thiết bị điện nhiệt hiện nay đốivới tần số 10000 Hz máy phát cảm ứng và đối với tần số lớn hơn là máy phát bằngđèn

Công lao đặc biệt trong các công trình xây dựng các máy cảm ứng ở nước Nga

là giáo sư V.P vôlôgđin tron thời gian từ năm 1910-1935 ông đã tạo ra nhiều máycông suất từ 0,5 – 600 KW và tấn số từ 1000 đến 60000 Hz, giáp sư V.P vôlôgđin

và các thí nghiệm của ông đã mở đầu cho lĩnh vực nghiên cứu tạo ra các lò cảmứng hiện đại Nga Năm 1930 V.P vôlôgđin cùng với những người cộng tác củamình đã bắt đầu nghiên cứu lò luyện cảm ứng không lõi sắt, năm 1932 đã xâydựng các lò luyện 10 và 200 Kg thép, cũng trong năm đó, công nghiệp Nga đã bắtđầu sản xuất được toàn bộ lò cùng với các trang bị điện của chúng như máy phátmôtơ, các tụ điện …giáo sư V.P vôlôgđin đã phát minh ra lò điện cảm ứng đầutiên không có lõi sắt ở nước Nga với máy phát bằng đèn năm 1939

Sau chiến tranh thế giới lần thứ hai lò điện đã được xây dựng và phát triểnrộng khắp thế giới Như ở Đức đã ứng dụng lò điện hồ quang 1060 tấn/ mẻ đểsản xuất thép công cụ và thép hợp kim, ở Tiệp Khắc đã sử dụng lò điện hồ quang

2030 tấn/ mẻ để nấu tất cả các loại thép cácbon và hợp kim thấp Ngày nayngười ta sử dụng phổ biến các loại lò điện hồ quang với dung lượng 100 400 tấn/

mẻ dung lượng biến áp 35000 165000 kVA

Đặc biệt ở Mỹ người ta đã chạy thường xuyên loại lò 360 tấn /mẻ với chế độsiêu công suất 160000 kW để sản xuất thép cacbon chất lượng, đảm bảo năng suất

100 120 tấn thép/ giờ

Từ năm 1990 đến nay đã thiết kế xây dựng các loại lò điện hồ quang hiện đạinhư loại hồ quang một chiều siêu công suất ( 150tấn/ mẻ ) lò hồ quang thân cột códung lượng lò 100 300 tấn/mẻ.

Sản lượng lò điện hồ quang chiếm 8090% tổng lượng thép lò điện Số lượngthép còn lại được sản xuất ra từ lò cảm ứng cao tần, trung tần và tần số côngnghiệp

Lò cảm ứng cao tần có dung lương 50  100 kg/mẻ với tấn số làm việc

f = 35000 55000 Hz được sử dụng để sản xuất loại thép hợp kim chuyêndùng Hiện nay loại lò này ít được sử dụng để nấu thép mà chủ yếu để tôi bề mặtchi tiết máy Lò cảm ứng trung tần có dung lương 100, 200, 500, 900, và 1000 kg/

mẻ với tần số làm việc từ 1000 đến 3000 Hz được sử dụng để nấu thép hợp kimcao có hàm lượng cacbon thấp ( C  0,10% ) Loại lò được ứng dụng phổ biếnkhắp nơi như ở xưởng đúc, xương cơ khí, xưởng luyện thép, luyện gang … Ngàynay nền công nghiệp điện tử đang đà phát triển thì lò điện cảm ứng trung tần đượctrang bị thiết bị tối tân để vận hành lò thuận lợi nhanh chóng và chính xác

1.3 Đặc điểm chủ yếu của phương pháp lò điện

- Để nấu luyện thép và hợp kim trong lò điện người ta sử dụng năng lượng điệnbiến thành nhiệt năng, do đó tập trung được năng lượng nhiệt lớn để nung chảykim loại nhanh đặc biệt các kim loại khó chảy như colfram, molipden…

- Ở lò điện có nhiệt độ cao  17000 nên tạo điều kiện hòa tan các nguyên tốhợp kim nhiều trong thép, thỏa mãn đầy đủ cho các phản ứng luyện kim tạo điềukiện tăng tốc độ phản ứng hóa học, thúc đẩy quá trình phản ứng oxi hóa và hoànnguyên kim loại xảy ra nhanh chóng và triệt để

- Trong quá trình nấu luyện thép ở lò điện, dễ dàng nâng nhiệt độ cho bể kimloại và đồng thời tiến hành điều chỉnh chính xác thành phần hóa học của thép lỏng

và xỉ

- Nấu luyện được tất cả các loại thép cácbon cao,thấp có chất lượng tốt, luyệnđược tất cả các loại thép hợp kim cao hoặc đặc biệt mà đảm bảo cháy hao cácnguyên tố hợp kim rất thấp Đặc biệt luyện được các mác thép có hàm lượngphospho và lưu huỳnh rất thấp

- Giá thành các loại thép lò điện cao còn vì tiêu tốn điện năng và điện cực lớn (điện cức grafit phải nhập từ nước ngoài vì nước ta chưa sản xuất được).

- Vì vậy cần phải áp dụng các biện pháp cải tiến thiết bị và cường hóa quá trìnhluyện thép trong lò điện để nâng cao chất lượng và hạ giá thành sản phẩm

- Chọn và tính toán hợp lý đảm bảo ít phospho và lưu huỳnh kích thước nguyênliệu phải phù hợp với dung lượng lò và phương pháp chất liệu vào lò để đảm bảovận hành lò tốt

- Sử dụng và khống chế chế độ điện một cách tối ưu trong quá trình nấu luyệnthép, đảm bảo thời gian nấu một mẻ thép thấp nhất năng suất lò cao nhất

- Áp dụng các biện pháp cường hóa trong giai đoạn nấu chảy oxi hóa và hoànnguyên

- Áp dụng các công nghệ mới như tạo xỉ đơn, tạo xỉ bọt, thổi oxi nguyên chất,thổi các chất khử và khí trơ vào lò để đảm bảo tốc độ phản ứng luyện kim xảy ranhanh do đó khử bỏ được các tạp chất và các khí có hại trong thép một cách triệtđể

1.4 Cơ sở lý thuyết về lò cảm ứng không lõi sắt ( lò tần số ) là dựa vào hiện

tượng cảm ứng điện từ Khi đặt một khối kim loại vào trong một từ trường biếnthiên thì trong khối kim loại sẽ xuất hiện( cảm ứng ) các dòng điện xoáy ( dòngFoucault ) Nhiệt năng của dòng điện xoáy sẽ đốt nóng khối kim loại

Lò cảm ứng được cấu tạo dựa trên nguyên lý của một máy biến áp không khí

cuộn cảm ứng được chế tạo bằng đồng theo dạng xoắn ốc bọc xung quang tường

lò Cuộn cảm ứng được coi như là cuộn sơ cấp, cuộn kim loại chứa đựng trong lòđược coi như là cuộn thứ cấp máy biến áp Khi ta cho dòng điện xoay chiều đi quacuộn cảm ứng thì sẽ sinh ra từ thông biến thiên Từ thông đi qua kim loại sản sinh

ra mốt sức điện động cảm ứng là E2 Kim loại ở đây coi như là một dây dẫn, khépkín và thẳng góc với từ thông biến thiên Xuất hiện trong kim loại một dòng điệncảm ứng và năng lương của dòng điện cảm ứng sinh ra một lượng nhiệt lớn đểnung chảy kim loại Như vậy khi lò làm việc thì xuất hiện hai sức điện động cảmứng trong cuộn cảm ứng E1 và trong kim loại E2

Giá trị E1 và E2 được tính theo công thức:

E1 = 4,44. f.n1.10 8 V

E2 = 4,44..f.n2.10 8 V

Trong đó:  - từ thông biến thiên, Wb

f - tấn số làm việc, Hz

n1 – số vòng của cuộn cảm ứng (sơ cấp);

n2 - số vòng cảm ứng của cuộn thứ cấp ( kim loại coi là một khốithống nhất nên có n2 = 1 );

Do giữa cuộn cảm ứng và kim loại chứa trong lò bị ngăn cách bởi độ dày củanồi lò ( bằng vật liệu chịu lửa ) và các vòng của cuộn cảm ứng có những khoảngcách nhất định nên từ thông biến thiên bị mât mát lớn ( từ thông tản ra ngoàikhông khí ) do vậy sức điện động cảm ứng E1 > E2 Vì vậy cần phải cấp vào cuộncảm ứng một năng lượng điện lớn để tạo ra E1 cao phù hợp với dung lượng lò vàđồng thời tạo ra E2 đủ lớn để làm nóng chảy kim loại trong lò Khi kim loại bị cảmứng thì trong kim loại sẽ lập tức sinh ra từ thông chống lại từ thông do cuộn cảmứng sinh ra, do đó chiều dòng điện I1 ngược chiều với chiều dòng điện Foucault(I2)

Trong đó : I1.n1 – gọi là ampe vòng,( A.mm);

d - đường kính nồi chứa kim loại, ( mm )

h – chiều cao nồi lò, ( mm).

 - điện trở suất kim loại, ( mm2 /m )

f – tần số làm việc, (Hz)

Qua công thức trên ta thấy nhiệt cung cấp cho lò nấu phụ thuộc vào nhiều yếu tốtrong đó tỷ lệ với bình phương ampe vòng Lượng nhiệt này còn phụ thuộc vào sốvòng của cuộn sơ cấp ( n1 ) và cường độ dòng điện cảm ứng (I1) Mỗi một loại lòcảm ứng đều có mạch điện riêng để đảm bảo cung cấp dòng điện I1 và tấn số làmviệc ở múc độ tối thiểu

fmin  2,5 109 2

d



; Trong đó : - điện trở suất của nguyên liệu, mm2/m;

d - đường kính lò chứa nguyên liệu, mm

Nhân xét : Đường kính nồi lò tỷ lệ nghịch với đường kính làm việc Khi tăng tấn

số làm việc thì phải giảm đường kính nồi lò Vậy tần số làm việc quyết định dunglương định mức của lò ( tấn/mẻ )

1.5 Đặc điểm nguyên lý cảm ứng điện trong lò cảm ứng không lõi sắt

1.5.1 Mức độ cảm ứng

Mức độ cảm ứng của khối kim loại chứa trong lò khác nhau, phụ thuộc vàotừng vùng, tính chất của nguyên liệu và tần số làm việc Mật độ dòng điện cảmứng phân bố trong lò không đều Kim loại sá tường lò, gần cuộn cảm ứng thì cómật độ điện lớn nhất và giảm dần theo hướng vào tâm lò, tức là nguyên liệu chảynhanh nhất ở sát tường lò, còn ở giữa lò là chảy chậm Để xác định đại lượng mật

độ dòng ở kim loại tại một điểm bất kỳ trong nồi lò ta co công thức sau:

.2

z,  0 : tương ứng mật độ dòng tại hoành độ z và 0

 : độ từ thẩm tuyệt đối, ( H )

 = 0.kl

0 : độ từ thẩm trong môi trường chân không;

kl : độ từ thẩm của kim loại trong lò;

 : điện trở xuất của kim loại trong lò; ( mm /2 m

f – tần số làm việc, ( Hz )

0 z

z 0

P P

z z

Trong quá trình nấu luyện thép khi tăng nhiệt độ thì độ sâu thấm từ tăng( dưới điểm Quyri ( t < 7100C ) Trên thực tế sản xuất thường cho lò đạt nhiệt độcao rồi mới chất liệu cục to vào lò, đặc biệt nên chất nguyên liệu kim loại sát thành

lò hết sức khít chặt, còn ở giữa lò vừa đảm bảo nguyên liệu được nung đỏ và nấuchảy đều nhanh Sau mỗi mẻ nấu thép cần để lại ít thép lỏng trong lò để kích thích

độ từ ( cho phép ) Khi kim loại còn ở trạng thái rắn thì công suất nhiệt tỏa ra trongnguyên liệu phụ thuộc vào kích thước cục liệu ban đầu

Theo G T Badata thì giá trị công tỏa nhiệt ra trong nguyên liệu đạt được cựcđại khi kích thước nguyên liệu là:

d1 = 3,5.b; ( mm )

Trong đó:

d1 : đường kính cục nguyên liệu, ( mm )

; ( mm ).

Ta có bảng nêu chỉ tiêu sản xuất thép ở lò cảm ứng không lõi sắt

Tần số làm việc, Hz Đường kính liệu, (mm) Loại lò cảm ứng

Lò cao tân đặc biệt

1.5.2 Công suất điện

Phải tận dụng công suất điện có lợi cho quá trình nấu, do đó cần phải nốivào tải hệ thống tụ điện bù cos

Do cấu tạo lò và cuộn cảm ứng nồi lò có độ dày bằng vật liệu chịu lửa ngăncách lò với cuộn cảm ứng, còn cuộn cảm ứng có nhiều vòng, vòng nọ cách vòngkia 2 3 mm nên tạo ra nhiều khe hở, dẫn đến từ thông biến thiên bị rò ra ngoàikhông khí, mất bớt năng lượng điện cảm ứng ở trong lò do đó hệ số tận dụng côngsuất điện rất thấp

a) Mắc nối tiếp với cuộn cảm ứng lò thì cho ta chế độ cộng hưởng điện áp nhưhình vẽ

C X=

Khi cộng hưởng Im = Ilò = IC= I và điện áp của máy phát khi công hưởng nhỏhơn điện áp của máy khi chưa cộng hưởng ( Um > U'

m ) Nếu công hưởng hoàntoàn thì có điện áp ở cuộn cảm ứng bằng điện áp ở tụ điện bù ( UL = UC ) Khi Um

> U'

m thì góc lệch pha giữa UL và UC giảm xuống bằng không Nếu điện áp ở máyphát ổn định theo mức bù dẫn tới IL tăng làm tăng giá trị sụt áp trên cuộn cảm và

tụ điện bù

Điện áp trên cuộn cảm ứng lò UL = U1.X = U1..L;

Điện áp trên tụ điện bù Uc = I1

C

1

 và trên điện trở thuần có điện áp

Ur = I1.r dẫn đến làm tăng điện áp trên lò ( I  ), đôi khi cao quádễ làm thủng lớpcách điện giữa các vòng cảm ứng dẫn đến sự cố Do đó cần khống chế dòng điệnkhi có chế độ cộng hưởng điện áp Thực tế người ta ít dùng cách ghép nối tụ điệnnối tiếp, mà phổ biến là dùng phương pháp ghép nối tụ bù song song với cuộn cảmứng lò Với cách nối này cho ta chế độ cộng hưởng dòng điện và hoàn toàn tránhđược sự cố do quá dòng điện do cộng hưởng

b) Sơ đồ ghép nối tụ song song với cuộn cảm ứng lò được giới thiệu ở hinh vẽ :

n

c c

I

Ic L

Hình 1.3. Sơ đồ nối tụ song song với cuộn cảm ứng.

Ta có Um = Ulò = UC= UL, nghĩa là điện áp máy phát ổn định trong quá trìnhchạy lò, còn dòng điện khi cộng hưởng vượt trội dòng điện máy phát:

m C

I  

Nếu chưa có cos thì ta có I lo Im

Nếu cộng hưởng hoàn toàn khi r = 0 thì ta có I lo IC Khi lò làm việc theo chế

1

2

U Q

Trong đó:

- tần số góc, ( rad/s);

f – tần số dòng điện, Hz;

L - đại lượng tự cảm, Hz ;

C - điện dung tụ điện, F;

Q – công suất phản kháng, kVAr ;

Qua công thức trên ta thấy lò cảm ứng có tần số làm việc càng cao thì điện dung

bù càng nhỏ ( giá thành hạ, tổn hao điện năng thấp )

I

Hình 1.4. Sơ đồ nối tụ vừa nối tiếp vừa song song với cuộn cảm ứng lò

1.5.4 Ảnh hưởng của từ thông tán xạ và từ thông trong khối kim loại

Làm xuất hiện lực nâng làm cho phần kim loại lỏng ở giữa lò được tăngcao với độ cao h2

h2=

2 2 2

2 0 1 3

.1)

(

10.41,6





P n

I1 : Cường độ dòng điện vào cuộn cảm ứng trong lò (A);

n0: Số vòng cảm ứng trên một đơn vị dài ( vg/cm );

 : Tỷ khối của kim loại lỏng ( g/cm3);

2: Điện trở suất của kim loại ( m);

f : Tấn số làm việc ( Hz );

h2,,d2 : Tương ứng với chiều cao của bể kim loại

Cùng một công suất truyền cho kim loại nếu tần số càng nhỏ thì h càng cao

Do lực nâng lên của phần kim loại lỏng trong lò nên kim loại và xỉ lỏng được xáotrộn mãnh liệt làm cho thành phần hóa học và nhiệt độ của thép lỏng hết sức đồngđều, sản phẩm luyện ra rất sạch nhưng lại có nhược điểm làm cho áo lò bị bàomòn nhanh, bóc trần bề mặt kim loại lỏng Qua sản xuất thực tế người ta áp dụnghai biện pháp sau đây để khắc phục nhược điểm đó :

+ Nâng hạ cuộn cảm đến mức cho phép đối với lò có dung tích nhỏ cỡ từ

5 10 (kg/mẻ )

+ Người ta lắp đặt hại cuộn cảm ứng : Cuộn cảm ứng có tần số cao để tăng tốc

độ nấu chảy nguyên liệu, còn cuộn cảm ứng thứ hai có tần số công nghiệp đểkhuấy trộn bề mặt kim loại lỏng Hai cuộn cảm ứng này được ghép nối thành một

hệ thống chung và được quấn các vòng cảm ứng ngược chiều nhau Cuộn cảm ứngthứ nhất có nhiều vòng được sử dụng khi cần xáo trộn kim loại lỏng, mãnh liệt mà

có độ vòng cao của phần khối kim loại ở giữa lò Với thiết bị hiện đại người ta vậnhành lò có hai cuộn cảm ứng hết sức nhanh chóng chính xác Hiện nay người ta ápdụng phương pháp này phổ biến đẻ nấu luyện thép hợp kim có chất lượng cao vàđồng thời nâng cao tuổi thọ lò ( 100 150 ) mẻ.

1.6 Phân loại

1.6.1 Theo tấn số làm việc :

- Thiết bị tần số công nghiệp lấy điện từ lưới hoặc qua máy biến áp f = 50 Hz

(Lò cảm ứng tấn số công nghiệp) Nhiệt cung cấp cho lò phụ thuộc vào phụ

thuộc chủ yếu vào cường độ dòng điện chạy qua cuộn cảm ứng và hiệu điện áp đặt

ở hai đầu cuộn cảm ứng ở lò này lượng nhiệt cung cấp cho nguyên liệu kim loạikhông thây đổi theo tấn số vì f = 50 Hz Nhưng việc tăng cường độ dòng điện cógiới hạn nhất định Nếu tăng dòng điện quá lớn thì phải tăng tiết diện dây dẫn,tăng độ dẫn điện tốt và tăng công suất máy biến áp lò … Vì vậy ở lò cảm ứng tần

số công nghiệp việc cung cấp nhiệt cho lò là rất chậm, dẫn đến thời gian nấu luyện

là kéo dài Do đó sử dụng lò cảm ứng tần số công nghiệp thích hợp cho các nấuluyện thép cácbon cao, nấu luyện kim loại màu, kim loại hoặc hợp kim dễ chảy ( t

< 11500 ) Đặc biệt thiết bị lò này rất đơn giản, rẻ tiền, dễ thiết kế, dễ xây dựng vìkhông cần thiết bị đổi tấn số Nhưng trái lại vì tần số làm việc thấp nên phải códung lượng tụ bù cos rất lớn, phải ghép song nhiều tụ nên giá thành cao và tổnhao điện năng trong các tụ là rất lớn

- Thiết bị trung tần với tần số làm việc 500 10 0000 Hz ( Lò cảm ứng trung tần ) Đây là lò trung gian giữa lò cảm ứng tần số công nghiệp và lò cảm ứng cao

tần Nhiệt độ cung cấp cho lò để nấu chảy kim loại với tốc độ nhanh, thích hợpcho việc nấu luyện các loại thép cacbon hoặc hoặc các loại thép hợp kim trungbình và cao Thiết bị biến đổi tần số của lò có thể sử dụng máy phát tần số kiểuquay hoặc dùng tiristor điều khiển

- Thiết bị cao tần với tần số làm việc trên 10 000 Hz ( Lò cảm ứng cao tần )

thường dùng đèn phát hoặc thyristor Nhiệt cung cấp cho lò với tốc độ rất nhanh,

vì tần số làm việc rất cao nên cảm ứng điện từ sinh ra trong cuộn cảm ứng lò rấtlớn Do đó nhiệt độ cung cấp cho lò để nấu chảy kim loại là nhanh nhất Việc cấpnhiệt nhanh như vậy phù hợp với các công nghệ tôi các chi tiết dụng cụ máy vànấu luyện các loại thép có nhiệt độ nấu chảy cao Công việc tôi và nấu luyện thép

phụ thuộc hoàn toàn vào tấn số làm việc Để đạt được tấn số rất cao f = 100000 Hzthì phải có thiết bị biến đổi tần số thích hợp, thường người ta sử dụng các loạibóng đèn điện tử hai cực, ba cực hoặc dùng cac lịnh kiện bán dẫn thyristor.

1.6.2 Theo phạm vi ứng dụng:

- Thiết bị tần số để nấu chảy kim loại và hợp kim

Lò cảm ứng loại này có hai loại là lò có lõi thép ( lò máng ) và lò không có lõithép ( lò nồi ) Lò máng dung lượng nhỏ và nhiệt độ thấp dùng để nấu chảy kimloại màu Lò nồi có dung lượng nồi càng lớn thì tần số cáng giảm ( để nung nóngđều )

M¸ng VËt nÊu

Hình 1.5. Lò máng

C¸c vßng c¶m øng

- Thiết bị nung, sấy chất điện môI và bán dẫn

1.7 Nguồn điện cao tần có thể được tạo ra bằng các cách sau:

1.7.1 Dùng máy phát điện tần số cao đã được chế tạo ở dải công suất 0,5 – 1500

Hz ở dải tần số 500 – 8000 Hz đối với với tần số dưới 500 Hz, người ta dùng máyphát đồng bộ cực lồi có số cặp cực lớn và số vòng quay cao vì :

p : số cặp cực

n : tốc độ quay roto, vòng /phút

Để tối ưu hóa quá trình công nghệ gia nhiệt, việc điều chỉnh dòng kích từ máyphát là rất quan trọng, nhằm ổn định điện áp máy phát ra cấp cho lò cảm ứng nhằmđiều chỉnh cấp điện áp theo trị số mong muốn Hoàn thiện nhất hiện nay là dùng

bộ biến đổi kích từ bằng Thyristor, đảm bảo độ chính xác, ổn áp 1% với điện ápkích từ ( 0 180 V)

* Ưu điểm:

- Đơn giản về cấu trúc,

- Độ tin cậy cao.

- Có thể làm việc song song với các máy phát, vốn thấp nhất là khi công suất lớn

1.7.2 Đèn phát tần số: Dùng trong thiết bị gia nhiệt tần số thường là đèn 3 cực

chân không Tần số từ vài chục đến hàng trăm MHz Đèn được làm mát bằngkhông khí ( công suất vài Kw ) hay bằng nước ( công suất lớn hơn, tới ngoài 100

kW )

Khi làm việc, nhiệt độ Katot tăng từ nhiệt độ môi trường tới hơn 20000C vàđiện trở của lò tăng tới 10 lần do đó khi bắt đầu làm việc, không được cấp ngayđiện áp định mức vì dòng Katôt quá lớn gây hỏng đèn mà phải qua nhiều nấc tăngdần.Lúc làm việc cũng cần ổn định điện áp sợi đốt vì tăng điện áp lên 1% cũng sẽlàm tuổi thọ đèn giảm hơn 10%

* Ưu điểm:

- Gọn nhẹ dễ sửa chữa

* Nhược điểm :

- Hiệu suất thấp tuổi thọ, sợi đốt của đèn tiêu thụ từ 8 30% công suất đèn

- Phải qua nhiều khâu biến đổi

1.7.3 Dùng thyristor: là loại phổ biến nhất gồm hai khâu cơ bản là chỉnh lưu và

nghịch lưu

Dòng điện tần số công nghiệp được chỉnh lưu và được biến đổi thành dòngcao tần nhưng còn bị hạn chế ở tần số cao và giải công suất lớn Sử dụng tốt vớicác lò công suất nhỏ và vừa

1.8 Ưu điểm, nhược điểm của lò cảm ứng không lõi sắt

1.8.1 Ưu điểm:

- Luyện được hợp kim có độ sạch cao do không có các nguồn bẩn

Sự thấm H2 trong kim loại nhỏ hơn 40% so với các lò hồ quang và lò máctanh Kim loại luyện trong các lò cảm ứng không lõi sắt không có lõi sắt chứa tạpchất phi kim loại tương đối ít sự oxi hóa của bệ lò nhỏ hơn trong các lò khác donhiệt độ thấp và điều kiện nung hiện đại hơn

- Luyện được các hợp kim đồng nhất, thành phần hóa học trong bể lò đồng đều

do sự sáo lộn gây ra bởi lực điện động

Sự sáo trộn đó đồng thời làm dễ dàng cho việc tiến hành phản ứng giữa kimloại và xỉ

- Kim loại luyện có nhiệt độ cao và đạt được nhiệt độ cực đại trong toàn bộkhối kim loại không chỉ trong từng riêng biệt như trong lò hồ quang

- Kim loại cháy rất ít do nung kim loại từ trong ra ngoài Điều này đặc biệtquan trọng khi luyện hợp kim có thêm chất hợp kim hóa hiếm và đắt cũng như khiluyện kim loại màu ( Sự cháy Nikien, Crôm, Vanadi, trong các lò cảm ứng khônglõi sắt nhỏ hơn hai lần so với lò hồ quang )

- Hiệu suất của bản thân lò cao

- Năng suất cao do luyện nhanh

- Diện tích lò chiếm nhỏ do kích thước ngoài nhỏ hơn so với kích thước lòkhác

- Điều chỉnh công suất và nhiệt độ đơn giản, dễ dàng trong phạm vi rộng

- Có khả năng luyện trong chân không hoặc trong môi trường khí đặc biệt

- Điều kiện lao động nhẹ nhàng và hợp vệ sinh

- Máy phát môtơ làm việc yên tĩnh hơn so với chế độ làm việc không ổn địnhcủa lò hồ quang

- Không tiêu hao điện cực

- Chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật cao hơn so với lò hồ quang về phương diện này việc

so sánh giá thép được luyện trong các lò cảm ứng và lò hồ quang có tầm quantrong đặc biệt

* Người ta so sánh tại Thủy Điển trong một phân xưởng có năng suất 20.000tấn thép trong một năm được trang bị theo hai phương án:

1/ Lò hồ quang 10 – 13 tấn công suất 5000kVA giá thành trang bị 1.800.000cua-ron tiền Thụy Điển

2/ Lò cảm ứng 3 – 8 tấn công suất 2700 kW, giá thành trang bị là 3.000.000cua – ron

Kết quả cho thấy rằng phí tổn về hao mòn ở phương án thứ hai cao hơnphương án thứ nhất là 230.000 Cua- ron phí tổn về vận hành ở phương án thứ haithấp hơn phương thứ nhất cụ thể:

a) Điện cực : 250.000 Cua-ron

b) Năng lương điện 32.000 Cua-ron.

c) Sự cháy của các nguyên tố hợp kim 426500 Cua-ron Do đó khi luyệntrong phân xưởng với lò cảm ứng 20.000 tấn trong một năm tiết kiệm 487500Cua-ron, cho phép hòa vốn về phương diện trang bị lò cảm ứng sau 3 năm so vớicác lò cảm ứng có lõi sắt, lò không có lõi sắt có ưu điểm là nó không có kênh, bảnthân lò không có lõi sắt về cấu tạo là nồi lò chứa hợp kim nấu luyện và đặt vàotrong cuộn cảm, được cung cấp bằng dây đồng điện xoay chiều nồi lò có cấu tạođơn giản do đó dễ quan sát và không chịu áp suất thủy tĩnh của kim loại thân lò Như vậy điều kiện làm việc của nồi trong lò không có lõi sắt dễ dàng hơnđiều kiện của buồng đáy với kênh trong lò có lõi sắt

Đồng thời do cấu tạo nồi của lò không có lõi sắt mà kim loại được rót rahoàn toàn sau mỗi mẻ luyện đó là giới hạn của lò có lõi sắt và kênh Các đặc điểmnày của lò cảm ứng không có lõi sắt không nhưng khắc phục được nhược điểm của

lò cảm ứng có lõi sắt về cấu tạo mà còn cho phép luyện thép và các hợp kim khóchảy một cách hợp lý

1.8.2 Nhược điểm:

- Kê tương đối lạnh, khó tiến hành phản ứng giữa kim loại và xỉ do đó quátrình tinh luyện khó Nhược điểm này là là đặc tính chung của lò có lõi sắt cũngnhư không có lõi sắt Do xỉ trong các lò này không có dòng điện chạy qua và chỉđược nung bằng nhiệt của kim loại nấu trong lò

- Hiệu suất của toàn bộ thiết bị thấp do trong thiết bị cần có nguồn tần số caocũng như cấn phải có các tụ điện

- Trang bị đi với thiết bị của lò không lõi sắt phức tạp và đắt

- Yêu cầu nhân viên phục vụ có trình độ cao

1.9 Ứng dụng của của lò cảm ứng không lõi sắt.

- Ứng dụng chủ yếu để luyện thép chất lượng cao và các hợp kim đặc biệt khác

có yêu cầu độ sạch cao đồng đều và chính xác về thành phần hóa học Các yêu cầunay không thực hiện được trong các lò có ngọn lửa và lò hồ quang

- Luyện các loại thép thông thường trong các lò không có lõi sắt sẽ có tínhkinh tế hơn so với các lò hồ quang, tương tự luyện các kim loại và hợp kim màutrong các lò điện không có lõi sắt sẽ kém kinh tế hơn so với các lò cảm ứng có lõisắt như ta đã biết trong nhưng năm gần đây các thành tựu khoa học mới ra đời liêntiếp như: máy bay phản lực siêu âm dùng năng lương nguyên tử … yêu cầu tạo ta

hàng loạt những hợp kim đặc biệt chế tạo các hợp kim này, chủ yếu và đôi khi làduy nhất có thể dùng lò cảm ứng không lõi sắt.Do vậy sự phát triển của lò không

có lõi sắt chậm hơn nên chỉ trong những năm gần đây mới chỉ sử dụng trong quy

mô rộng lớn

Ta thử nghiên cứu của các nhà máy luyện kim đen ở Anh trong thời kỳ 1952 –1954

Bảng 1.2 Trang bị cơ bản của nhà máy luyện kim đen ở Anh.

lò cảm ứng được sử dụng rỗng rãi để đúc gang thay cho lò đứng

Đặc điểm kỹ thuật của các lò cảm ứng lớn chế tạo ở Thụy Điển như sau:

Bảng 1.3. Đặc điểm kỹ thuật của các lò cảm ứng lớn chế tạo ở

Thụy Điển

Dung tích

(tấn)

Công suất(kW)

Điện áp(V)

Tần số(Hz)

Công suấtmôtơ (kW)

Sốvòngquay trong1phút

+ CL – Bộ chỉnh lưu có điều khiển dùng tyristor biến đổi điện áp xoay chiều củalưới điện thành điện áp một chiều.

+ NL – Khâu nghịch lưu cộng hưởng biến điện áp một chiều thành điện áp xoaychiều cung cấp cho vòng cảm ứng của lò

+ CKL – Khâu lọc điện áp một chiều dùng cuộn kháng lọc với với trị số điện cảm

L khá lớn ( vì bộ nguồn cung cấp cho bộ chỉnh lưu là bộ nguồn dòng )

+ Lò trung tần có vòng cảm ứng cuốn xung quanh nồi của lò và một bộ tụ điện

- Mạch điều khiển gồm các khâu:

+ KNg – Khâu nguồn một chiều cung cấp cho tất cả các khâu trong mạch điềukhiển

+ KĐCS – Khâu điều chỉnh công suất tiêu thụ của lò cảm ứng

+ KĐK - 2- Khâu điều khiển bộ chỉnh lưu

+ KĐK - 1- Khâu điều khiển bộ nghịch lưu

+ KĐK - 3- Khâu điều khiển công nghệ dùng rơle- công tắc tơ … đo lường và bảovệ

2.1.2 Sơ đồ nguyên lý lò cảm ứng

Hiện nay chúng ta nhập rất nhiều lò trung tần nấu thép từ các nước khác nhaunhư : Anh, Mỹ, Nga, Trung Quốc có các thông số công nghệ sau:

- Dung tích mỗi mẻ nấu từ 50 đến 2000 Kg

- Công suất tiêu thụ định mức của lò từ 100kW đến 1200 kW

Nhìn chung dù sản xuất khác nhau nhưng về cấu tạo, nguyên lý hoạt động sơ đồkhối chức năng về cơ bản giống nhau

Trên hình 2.2 là sơ đồ nguyên lý mạch lực lò trung tần nấu thép do Việt Nam

lắp ráp

2.1.3 Lò cảm ứng trung tấn nấu thép gồm các phần tử chính sau:

2.1.3.1 Máy cắt - đựơc điều khiển đóng ngắt tự động nhờ một động cơ công suất

nhỏ, cũng có thể đóng ngắt trực tiếp bằng tay Máy cắt được nối với nguồn điện ápxoay chiều ba pha điện ap 380 V cung cấp điện cho mạch chỉnh lưu cầu ba pha cóđiều khiển

2.1.3.2 CK Cuộn kháng xoay chiều lõi không khí có chức năng hạn chế dòng

ngắn mạch và hạn chế tóc độ tăng trưởng dòng điện bảo vệ các tiristor chỉnh lưuT- CL1 T- CL 6

2.1.3.3 Tyristor chỉnh lưu T- CL1  T- CL6 chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển

hoàn toàn dùng để biến đổi nguồn điện xoay chiều ba pha thành nguồn điện ápmột chiều

2.1.3.4 Cuộn kháng LD – cuộn kháng lọc có tác dụng san phẳng dòng điện một

chiều có giá trị điện cảm rất lớn Mạch từ là mạch từ hở để tránh hiện tượng bão hòa Cuộn kháng một chiều có hai phần lớn, mỗi phần lớn lại gồm có năm vòng lớn và trong mỗi vòng lớn lại gồm năm vòng nhỏ

2.1.3.5 Tyristor nghịch lưu T-NL1T- NL4 là bộ nghịch lưu công hưởng, nối

theo sơ đồ cầu một pha có tác dụng biến nguồn điện áp một chiều thành nguồn điện áp xoay chiều, điện áp ra trên tải có dạng gần hình sin

2.1.3.6 Vòng cảm ứng – là phụ tải của của bộ nghịch lưu cộng hưởng.Vì dòng

qua vòng cảm ứng cỡ hàng ngàn Ampe nên tổn hao điện chiếm tới 25  30%công suất hữu ích của thiết bị do vậy cần làm mát vòng cảm ứng

Làm mát bằng không khí cho phép mật độ dòng điện 2 5 A/mm2 Còn làmmát bằng nước chảy trong ống tiết diện tròn thì cho phép mật độ dòng điện lên tới

10 30 A/mm2

Hình 2.8 Lò nấu kim loại

2.1.3.7 Tụ điện – được nối song song và nối tiếp với vòng cảm ứng để tạo thành

mạch vòng dao động Tụ điện dùng trong sơ đồ của thiết bị gia nhiệt tần số nhằmlàm chức năng phân ly dòng điện một chiều và bù hệ số công suất cos  của lò.Các tụ điện này chịu được điện áp cao ( tới 1000 V ) và chịu được tần số cao ( tới10kHz ) tùy theo từng thiết bị gia nhiệt

2.1.3.8 Dây dẫn cao tần

Dây dẫn cao tần có cảm kháng đặc biệt lớn do hiệu ứng bề mặt, hỗ cảm vàchúng phụ thuộc vào tấn số Dây dẫn ở đây là các thanh cái phẳng, có ống rỗng cónước làm mát, cáp đồng trục cao tần hay cáp một ruột hoặc nhiều ruột

Cáp đồng trục có trở kháng và cảm kháng nhỏ so với các loại dây dẫn thôngthường nhưng nó có cấu tạo phức tạp và tốn vật liệu hơn

Hiện nay đã có cáp chịu được điện áp 2000 V dòng điện 500A tần số 10000kHz

2.1.3.9 Bảng điều khiển - đựơc dùng để điều khiển các khâu như cấp nguồn một

chiều cung cấp cho tất cả các khâu trong bảng điều khiển, điều chỉnh công suấttiêu thụ trong lò cảm ứng, điều khiển bộ chỉnh lưu, điều khiển bộ nghịch lưu, điềukhiển công nghệ dùng rơle – công tắc tơ đo lường và bảo vệ

2.1.3.10 Các máy biến dòng cao - để biến đổi dòng điên cao từ 2000 ampe xuống

Khi có dòng điện đi qua phía sơ cấp thì khi đó: Itc = Isc/n

Trong đó :

Isc : Dòng điện đi qua cuộn sơ cấp,

Itc : Dòng điện đi qua cuộn thứ cấp,

n : Tỷ số vòng dây giữa cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp,

2.1.3.11 Các máy biến dòng hạ - để biến đổi dòng điên từ 5 ampe xuống dòng

điện 0,2 ampe

2.1.3.12 Aptômat : là áp tô mát có ba tiếp điểm được mắc trực tiếp vào mạng

điện xoay chiều ba pha điện áp 380 V Có chức năng đóng cắt tự động khi quá tải hoặc ngắn mạch Cấp nguồn cho khởi động từ

2.1.3.13 Khởi đông từ ( Công tắc tơ )

Là khí cụ điện dùng để đóng cắt thường xuyên mạch điện động lực từ xa,

bằng tay hoặc bằng tự động Việc đóng cắt công tắc tơ có tiếp điểm có thể đượcthực hiện bằng nam châm điện, thủy lực hay khí nén gần đây người ta thườngdùng loại đóng cắt bằng nam châm điện Công tắc tơ có cấu tạo gồm hai cực, ở mỗicực có hai tiếp điểm là tiếp điểm chính ( tiếp điểm làm việc) và tiếp điểm dập hồquang

Hình 2.13 Khởi động từ

Khởi động từ được dùng ở đây để cấp nguồn cho máy biến áp và chống đóngđiện trở lại khi mất điện

2.1.3.14 Mạch RC bảo vệ quá điện áp:

- Tiristor rất nhậy cảm với điện áp quá cao so với điện áp định mức

- Nguyên nhân gây ra hiện tượng quá áp là sự tích tụ điện tích trong các van bándẫn, khi khoá tiristor bằng điện áp ngược các điện tích trên đồi ngược

hành trình tạo nên dòng điện ngược trong khoảng thời gian rất ngắn Sự biến thiênđột ngột nhanh chóng của dòng điện ngược tạo ra sức điện động cảm ứng rất lớntrong các điện cảm dẫn đến các tiristor xuất hiện quá áp

- Để bảo vệ quá áp do tích tụ điện tích gây ra người ta dùng mạch RC ghép

song song với van Trên hình là hai điện trở mắc nối tiếp và mắc nối tiếp với tụđiện C

2.1.3.15 Điện trở Shunt được dùng để đo dòng điện chỉnh lưu.

Hình 2.15. Điện trở shunt

2.1.3.16 Biến áp xung nghịch lưu dùng để phát xung điều khiển đóng mở các

van nghịch lưu

2.1.3.17 Biến áp công suất có nhiệm vụ biến đổi nguồn điện áp 1000 V về hai

mức điện áp 100 V và 20 V cấp cho đồng hồ đo và bảng điều khiển

Hình 2.17 Biến áp

2.1.3.18 Biến áp nguồn có nhiệm vụ biến đổi nguồn điện một pha 220 V về

điện áp 18 V cấp cho bảng điều khiển

Hình 2.18 Biến áp

Máy biến áp là thiết bị điện từ tĩnh, làm việc dựa trên nguyên lý cảm ứng điện

từ, dùng để biến đổi hệ thống điện có điện áp U1( dòng điện I1 tần số f1 ) thành hệthống có điện áp U2 ( dòng điện I2 tần số f2 ) ở máy biến áp việc đổi điện áp chỉthực hiện được khi dòng điện là xoay chiều hoặc dòng điện biến đổi xung Máybiến áp được dùng trong hệ thống truyền tải và phân phối điện năng Ngoài ra máybiến áp cũng được dùng cho một số yêu cầu như nối mạch chỉnh lưu và làm nguồncấp cho lò điện … Máy biến áp có một hoặc hai dây quấn đặt chung trên mộtmạch từ Các dây nối có thể nối với nhau hoặc không nối với nhau, khi chúng nốivới nhau người ta gọi là máy biến áp tự ngẫu

2.1.4 Đặc điểm nguyên lý lò trung tần nấu thép phần chỉnh lưu

Phần chỉnh lưu có nhiệm vụ biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều Thường là bộ chỉnh lưu cầu ba pha đối xứng gồm 6 diode hoặc 6

Thyristor có góc mở  nhỏ do đó có ưu điểm là điện áp chỉnh lưu cao Ud = 2,34

U2, hệ số đập mạch nhỏ, có công suất đầu ra xấp xỉ công suất đầu vào S 1,05.Pd

C1

LD

R R

LH1

LK3 LK2

Phần chỉnh lưu mắc theo sơ đồ cầu ba pha có điều khiển, các van điều khiển làcác thyristor Mạnh chỉnh lưu được lấy nguồn từ nguồn điện áp xoay chiều ba phađiện áp 380 V Mạch chỉnh lưu có nhiệm vụ biến đổi nguồn điện áp xoay chiều bapha thành nguồn điện một chiều cung cấp cho mạch ngịch lưu Ta có đồ thị nhưhình vẽ với góc điều khiển  = 300

Dòng chạy qua tải là dòng điện chạy từ pha này về pha kia, do đó tại mỗi thờiđiểm cần mở Tiristo chúng ta cần cấp hai xung điều khiển đồng thời (một xung ởnhóm anod (+), một xung ở nhóm catod (-)) Ví dụ tại thời điểm t1 trên hình vẽcần mở Tiristo T1 của pha A phía anod, chúng ta cấp xung X1, đồng thời tại đóchúng ta cấp thêm xung X4 cho Tiristo T4 của pha B phía catod các thời điểm tiếptheo cũng tương tự Cần chú ý rằng thứ tự cấp xung điều khiển cũng cần tuân thủtheo đúng thứ tự pha

Khi chúng ta cấp đúng các xung điều khiển, dòng điện sẽ được chạy từ pha cóđiện áp dương hơn về pha có điện áp âm hơn Ví dụ trong khoảng t1  t2 pha A

có điện áp dương hơn, pha B có điện áp âm hơn, với việc mở thông T1, T4 dòngđiện dược chạy từ A về B

Khi góc mở van nhỏ hoặc điện cảm lớn, trong mỗi khoảng dẫn của một vancủa nhóm này (anod hay catod) thì sẽ có hai van của nhóm kia đổi chỗ cho nhau.Điều này có thể thấy rõ trong khoảng t1  t3 như trên hình vẽ Tiristo T1 nhómanod dẫn, nhưng trong nhóm catod T4 dẫn trong khoảng t1  t2 còn T6 dẫn tiếptrong khoảng t2  t3

Điện áp ngược các van phải chịu ở chỉnh lưu cầu ba pha sẽ bằng 0 khi vandẫn và bằng điện áp dây khi van khoá Ta có thể lấy ví dụ cho van T1 (đường congcuối cùng của hình vẽ) trong khoảng t1  t3 van T1 dẫn điện áp bằng 0, trongkhoảng t3  t5 van T3 dẫn lúc này T1 chịu điện áp ngược UBA, đến khoảng t5 t7 van T5 dẫn T1 sẽ chịu điện áp ngược UCA

Khi góc mở các Tiristo lớn lên tới góc   600 và thành phần điện cảm củatải quá nhỏ, điện áp tải sẽ bị gián đoạn Trong các trường hợp này dòng điện chạy

từ pha này về pha kia, là do các van bán dẫn có phân cực thuận theo điện áp dâyđặt lên chúng, cho tới khi điện áp dây đổi dấu, các van bán dẫn sẽ có phân cựcngược nên chúng tự khoá

Sự phức tạp của chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng như đã nói trên làcần phải mở đồng thời hai van theo đúng thứ tự pha, do đó gây không ít khó khănkhi chế tạo vận hành và sửa chữa Để đơn giản hơn người ta có thể sử dụng điềukhiển không đối xứng.

Trên đồ thị điện áp các pha ta biểu diễn quá trình điều khiển các van riêng rẽcho các thyristor nhóm catốt chung và nhóm anốt chung

Đường bao phía trên của đường điện áp pha cho ta hình dạng thế của điểm ratải P khi van T1, T3, T5, được điều khiển với góc  so với các điểm chuyểnmạch tự nhiên

Đường bao phía dưới của các đường điện áp cho ta hình dạng thế của điểm ratải Q khi van T2, T4, T6, được điều khiển với góc  so với các điểm chuyểnmạch tự nhiên

Dạng thế của P và Q so với điểm trung tính của nguồn giống với dạng điện áp

ra của các chỉnh lưu 3 pha hình tia Nếu đo điện áp giữa P và Q ta có được điện áp

ra của chỉnh lưu cầu 3 pha được biểu diễn trên hệ thống điện áp dây Uab, Uac, Ubc,

…

Với tải thuần trở dạng dòng điện trên tải lặp lại giống như dạng điện áp trên

Ud Góc giới hạn giữa dòng liên tục và dòng gián đoạn là 600

Nếu   600 thì dòng điện sẽ liên tục ta có công thức là:

Ud = Ud0.cos = 2,34 U2 cos

Nếu góc  600 thì dòng điên sẽ gián đoạn ta có công thức là:

Ud = 

6 3

) 60 cos(



.

2.1.5 Đặc điểm nguyên lý lò trung tần nấu thép phần nghịch lưu

Nghịnh lưu độc lập là thiết bị biến đổi dòng điện một chiều thành dòng điệnxoay chiều có tần số ra có thể thay đổi được và làm việc với phụ tải độc lập.Nguồn điện một chiều ở đây được cung cấp bởi bộ chỉnh lưu cầu ba pha có điềukhiển

Nghich lưu dòng là thiết bị biến đổi nguồn dòng một chiều thành nguồn dòngxoay chiều có tấn số tuỳ ý

Đặc điểm cơ bản của nghịch lưu dòng là nguồn một chiều cung cấp cho bộbiến đổi phải là nguồn dòng, do đó điện cảm đầu vào phải có giá trị lớn vô cùng đểđảm bảo dòng là liên tục

Từ sơ đồ nghịch lưu dòng một pha ở trên ta thấy các tín hiệu điều khiển được đưavào từng đôi một tức là Tiristo T11,T13 thì lệch pha với với tín hiệu điều khiển đưavào Tiristo T12,T14 một góc 1800

Điện cảm đầu vào của nghịch lưu đủ lớn ( Ld =  ), do đó dòng điện đầu vàođược san phẳng, nguồn cấp cho nghịch lưu là nguồn dòng và dạng dòng điện củanghịch lưu có dạng xung vuông

R C

C R

R C

C R

L9

V2

CF2 CF1

Hz 32